DGIST 임상규 책임연구원팀, 에너지 생산·저장할 수 있는 새로운 인공근육섬유 개발

DGIST(총장 이건우) 에너지환경연구부 임상규 책임연구원팀이 에너지를 생산하고 저장할 수 있는 새로운 인공근육섬유를 개발했다.

연구팀은 이번 성과가 첨단 섬유, 의료 로봇, 웨어러블 장치 등 다양한 분야에서 활용 가능성을 보여줄 것으로 전망하고 있다.

연구팀은 농작물 기반 원료로 만든 친환경 소재인 폴리락트산(Poly(Lactic Acid), 이하 ‘PLA’)과 내구성이 뛰어난 바이오기반 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, 이하 ‘TPU’)을 사용해 실제 근육을 모방한 인공근육섬유를 제작했다. 특히, 기존에 열로 제어되는 형상기억 기능을 개선해 성능을 크게 높였으며, 이 섬유는 에너지를 생산하고 저장하는 기능까지 더한 다기능 섬유로 개발됐다.

PLA는 옥수수와 사탕수수에서 추출한 포도당으로 만든 친환경 생분해성 소재로, 일정 조건에서 자연적으로 분해된다. TPU는 강한 내구성과 복원력을 가진 소재로, 산업용 시트, 전자기기 보호 필름, 운동화, 인조가죽 등 다양한 제품에 널리 사용되고 있다.

이번 연구에서는 PLA와 TPU의 비율과 섬유 구조를 정밀하게 조절해 대량 생산이 가능한 방식으로 설계했다. 섬유를 꼬아서 만든 특수 공정을 통해 기존 형상기억섬유보다 강도가 4.18배 향상되었고, 내구성도 뛰어나 50번 이상 반복 사용 후에도 98% 이상의 복원력을 유지했다. 또한 이 섬유는 자기 무게의 5만 6000배에 달하는 하중을 견딜 수 있는 강력한 성능을 자랑한다.

인공근육섬유는 단순히 형태를 기억하는 기능 외에도 압력으로 에너지를 생성할 수 있으며, 1000번 이상 충전과 방전을 반복해도 초기 성능의 90% 이상을 유지하는 안정적인 에너지 저장 능력을 갖췄다.

임상규 책임연구원은 “이번 연구를 통해 에너지를 생산하고 저장할 수 있는 새로운 인공근육섬유 기술을 개발했다”며 “로봇, 첨단 섬유, 웨어러블 장치 등 다양한 산업에서 활용되기를 기대한다”고 전했다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 산업기술국제협력사업(국제공동기술개발사업)과 DGIST 기관고유사업의 지원을 통해 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 게재됐다.